في السنوات القليلة الماضية، استُخدمت أغشية أكسيد الجرافين بشكل رئيسي في تحلية مياه البحر وفصل الأصباغ. ومع ذلك، تتمتع الأغشية بنطاق واسع من التطبيقات، مثل صناعة الأغذية.
قام فريق بحثي من المركز العالمي للابتكار المائي بجامعة شينشو بدراسة استخدام أغشية أكسيد الجرافين في معالجة الحليب. عادةً ما تُشكّل هذه الأغشية طبقة كثيفة من الأوساخ (الكربون، "أغشية أكسيد الجرافين للحليب الخالي من اللاكتوز" على أغشية البوليمر).
أغلق غشاء أكسيد الجرافين المخترق باللاكتوز والماء؛ واترك الدهون والبروتينات والجزيئات الكبيرة في الحليب.
تتميز أغشية أكسيد الجرافين بقدرتها على تكوين طبقات مسامية مقاومة للترسبات، مما يُحسّن من كفاءة ترشيحها مقارنةً بأغشية البوليمر التجارية. يُتيح التركيب الكيميائي الفريد والبنية الطبقية لغشاء أكسيد الجرافين تعزيز نفاذية اللاكتوز والماء، مع صدّ الدهون والبروتينات وبعض المعادن. وبالتالي، يُمكن الحفاظ على قوام الحليب ونكهته وقيمته الغذائية بشكل أفضل مقارنةً بأغشية البوليمر التجارية.
بفضل البنية الطبقية الفريدة لطبقة التلوث المسامية وغشاء أكسيد الجرافين، يكون تركيز اللاكتوز ومعدل نفاذيته أعلى بكثير من أغشية الترشيح النانوي التجارية. وباستخدام غشاء داعم بمسام قطرها 1 ميكرومتر كغشاء لأكسيد الجرافين، تتحسن مقاومة التلوث غير القابل للعكس. ويؤدي ذلك إلى تكوين طبقة تلوث مسامية، مما يتيح معدل استعادة أعلى لتدفق الماء بعد ترشيح الحليب.
يُبرز هذا العمل الرائد أداء أغشية أكسيد الجرافين الممتاز في مقاومة التلوث وانتقائيتها العالية للاكتوز، مما يُظهر إمكانية استخدامها في صناعة الأغذية، وخاصةً صناعة الألبان. تحافظ هذه الطريقة على إمكاناتها الكبيرة في إزالة السكر من المشروبات مع الحفاظ على المكونات الأخرى، وبالتالي زيادة قيمتها الغذائية.
تُعدّ الخصائص العالية المضادة للترسبات الحيوية للمحاليل الغنية بالمواد العضوية (مثل الحليب) خيارًا مثاليًا لتطبيقات أخرى (مثل معالجة مياه الصرف الصحي والتطبيقات الطبية). وتعتزم المجموعة مواصلة استكشاف تطبيقات أغشية أكسيد الجرافين.
يستند هذا العمل إلى نتائج أبحاث سابقة للمجموعة، وتحديدًا ابتكار أغشية أكسيد الجرافين المرشوشة ("إزالة فعالة لكلوريد الصوديوم والأصباغ بواسطة أغشية هجينة متعددة الطبقات من أكسيد الجرافين/الجرافين") لتحلية مياه البحر باستخدام تقنية النانو الطبيعية. يُظهر الغشاء استقرارًا كيميائيًا مُحسَّنًا بإضافة طبقات قليلة من الجرافين، مع الحفاظ على أداء ترشيح مستقر بعد خمسة أيام من التشغيل. إضافةً إلى ذلك، تُعدّ طريقة الترسيب بالرش واعدة جدًا من حيث قابلية التوسع.
يُبرز هذا العمل الرائد أداء أغشية أكسيد الجرافين الممتاز في مقاومة التلوث وانتقائيتها العالية للاكتوز، مما يُظهر إمكانية استخدامها في صناعة الأغذية، وخاصةً صناعة الألبان. تحافظ هذه الطريقة على إمكاناتها الكبيرة في إزالة السكر من المشروبات مع الحفاظ على المكونات الأخرى، وبالتالي زيادة قيمتها الغذائية.
تُعدّ الخصائص العالية المضادة للترسبات الحيوية للمحاليل الغنية بالمواد العضوية (مثل الحليب) خيارًا مثاليًا لتطبيقات أخرى (مثل معالجة مياه الصرف الصحي والتطبيقات الطبية). وتعتزم المجموعة مواصلة استكشاف تطبيقات أغشية أكسيد الجرافين.
يستند هذا العمل إلى نتائج أبحاث سابقة للمجموعة، وتحديدًا ابتكار أغشية أكسيد الجرافين المرشوشة ("إزالة فعالة لكلوريد الصوديوم والأصباغ بواسطة أغشية هجينة متعددة الطبقات من أكسيد الجرافين/الجرافين") لتحلية مياه البحر باستخدام تقنية النانو الطبيعية. يُظهر الغشاء استقرارًا كيميائيًا مُحسَّنًا بإضافة طبقات قليلة من الجرافين، مع الحفاظ على أداء ترشيح مستقر بعد خمسة أيام من التشغيل. إضافةً إلى ذلك، تُعدّ طريقة الترسيب بالرش واعدة جدًا من حيث قابلية التوسع.
تاريخ النشر: 20 يوليو 2021
